触摸屏与变频器的通讯应用

    本文研究的是触摸屏通过MODBUS RTU通讯协议与变频器通讯实现变频器的控制。触摸屏采用威纶通TK6070IP,变频器用汇川MD380通用系列。通过触摸屏编程软件，编辑控制画面实现变频器的启动、停止、速度调节、多段速速度设置，通过宏指令实现工程值与实际值的转换。
一、MODBUS RTU 简介：
    为了在自动化系统之间、自动化系统和所连接的分散的现场设备之间进行信息交换，如今串行现场总线被主要用作通讯系统。成千上万的应用已经强烈地证明了通过使用现场总线技术，可以节省多至40％的接线、调试及维护的费用。仅仅使用两根电线就可以传送现场设备的所有相关信息，比如输入和输出数据、参数、诊断数据。过去使用的现场总线往往是制造商的特定现场总线，并且同其它现场总线不兼容。如今使用的现场总线几乎是完全公开和标准化的。这就意味者用户可以以最合理的价格选择最好的产品，而不用依赖于每个独立的制造商。Modbus RTU是一种国际的、开放的现场总线标准。作为一种很容易实现的现场总线协议，在全世界范围内，Modbus得到了成功的应用。应用领域包括生产过程中的自动化、过程控制和楼宇自控。MODBUS RTU通讯协议的报文如图1。

    MODBUS RTU 通讯协议的报文功能码如下：
01H 读取线圈状态。   从执行机构上读取线圈（单个位）的内容；
02H 读取离散量输入。 从执行机构上读取离散量输入（多个位）的内容；
03H 读取保持寄存器。 从执行机构上读取保持寄存器（16位字）的内容；
04H 读取输入寄存器。 从执行机构上读取输入寄存器（16位字）的内容；
05H 强置单线圈。     写数据到执行机构的线圈（单个位）为“通”（“1”）或
“断”（“0”）；
06H 预置单寄存器。   写数据到执行机构的单个保持寄存器（16位字）；
0FH 强置多线圈。     写数据到执行机构的几个连续线圈（单个位）为“通”（“1”）  
或“断”（“0”）；
10H 预置多寄存器。   写数据到执行机构的几个连续的保持寄存器（16位字）。
二、威纶通编程软件介绍：
    EB8000软件中MODBUS协议的设备类型为0x、1x、3x、4x、5x、6x，还有3x_bit，4x_bit，6x_bit，0x_multi_coils等，下面分别说明这些设备类型在MODBUS协议中支持哪些功能码。
0x：是一个可读可写的设备类型，相当于操作plc的输出点。该设备类型读取位状态的时候，发出的功能码是01H，写位状态的时候发出的功能码是05H。写多个寄存器时发出的功能码是0fH。
1x：是一个只读的设备类型，相当于读取PLC的输入点。读取位状态的时候发出的功能码为02H。
3x：是一个只读的设备类型，相当于读取PLC的模拟量。读数据的时候，发出的功能码是04H。
4x：是一个可读可写的设备类型，相当于操作PLC的数据寄存器。当读取数据的时候，发出的功能码是03H，当写数据的时候发出的功能码时10H，可写多个寄存器的数据。
5x：该设备类型与4x的设备类型属性是一样的。即发出读写的功能码完全一样，不同之处在于：当为双字时，例如32_bit unsigned格式的数据，使用5x和4x两种设备类型分别读取数据时，高字和低字的位置是颠倒的。例如，使用4x设备类型读到的数据是0x12345678，那么使用5x设备类型读到的数据是0x56781234。
6x：是一个可读可写的设备类型，读取数据的时候，发出的功能码也是03H，与4x不同之处在于写数据的时候发出的功能码时06H，即写单个寄存器的数据。
三、变频器参数设置：
    F0-02 命令源选择为：通讯命令通道（1正转运行、2反转运行、3正转点动、4反转点动、5自由停车、6减速停机）；
F0-03 主频率源选择为：通讯给定；
F0-28 串口通讯协议选择：MODBUS 协议；
Fd-00 通讯波特率：9600 BPS；
Fd-01 MODBUS 数据格式：偶校检（8-E-1）；
Fd-02 本机地址：1
     Fc-00—Fc-15 1到16段多段速运行速度
四、触摸屏程序设置：
    触摸屏编程软件先设置好联机设备，设备名称为MODBUS RTU ,及设置好通讯格式。如图2。

    威纶通编程软件具有强大的宏指令功能，通过此功能我们可以编辑工程值与具体值的转换程序。交流电机的转速=60f/P。f是交流电的频率；P是磁极对数；60是一分钟秒数。四极电动机就是2对磁极.所以四极电机的理论转速是1500转/分。这是旋转磁场的转速，实际转速低于旋转磁场的转速，四极电机一般是1450转/分。根据交流电机的转换公式，我们就可方便写出该转换公式的宏指令，如图3。

    触摸屏界面设计如图4。

五、总结：
    在现场应用中：变频器操作板都采用数码管显示，当需要设置参数时还得参考说明书查找相应的功能地址，采用触摸屏来控制变频器操作方便、直观，还可实时监测变频器的多组数据(运行频率、电压、电流、转矩等等)；触摸屏配合变频器自带的简单输出控制功能可完成多段速的控制，摆脱控制器节约了成本；一台触摸屏通过走RS485通讯还可同时控制及监测多台变频器；应用触摸屏还可提高设备档次。